Høj præcision over 370 millioner cyklusser: Axis/plain lejesystem i det kunstige hjerte

Profil

• Hvad der var brug for: Specielt glideleje og aksel til den drivenhed, der afbøjer membranen i pumpekamrene
• Krav til lejet: Vedligeholdelsesfrit, kompakt, lavt spillerum, modstandsdygtigt over for kemikalier, fugt og gentagne torsions- og vekslende aksiale belastninger, levetid på over 370 millioner cyklusser, letvægt
• Branche: Medicinsk teknologi, medicinsk udstyr
• Succes for kunden: Med et specielt iglidur J-glideleje og en matchende drylin-aluminiumsaksel var ReinHeart TAH GmbH i stand til at udvikle et præcist, vedligeholdelsesfrit og holdbart drivsystem, der fungerer pålideligt på trods af høje belastninger og minimal installationsplads og maksimerer det kunstige hjertes effektivitet.

Det kunstige hjerte består af en drivenhed og to pumpekamre, der fungerer som fortrængningspumper. Pumpekamrene har et låsehus og fleksible membraner, som skiftevis afbøjes af et patenteret elektromekanisk lineært drev. Denne bevægelse får de kunstige hjerteklapper til at generere en styret, pulserende blodgennemstrømning.

I drivenheden bruges et akselejesystem til at styre aktuatorens spoler med høj præcision gennem statorens magnetfelt. For at maksimere drevets effektivitet er der kun en minimal luftspalte mellem aktuatorens spoler og magneterne. Positionssensorer på lejet overvåger præcist aksens bevægelse og tillader kun en forskydning på nogle få tiendedele af en millimeter og nogle få graders rotation.

De tekniske udfordringer er mange: Systemet skal være vedligeholdelsesfrit og garantere permanent præcision under skiftende belastninger. Glidelejet skal kunne modstå gentagne torsionsbelastninger i løbet af en levetid på fem år (ca. 370 millioner cyklusser) samt skiftende aksiale belastninger afhængigt af patientens position og bevægelser.

En kompakt installationsstørrelse, letvægt samt kemisk resistens og lav fugtabsorption er yderligere afgørende faktorer. Glidelejet er placeret inde i drivenheden, hvor der ikke er direkte kontakt med kroppens egne væsker. Men på grund af plastens gennemtrængelighed må der forventes fugt inde i drivenheden og dermed på lejet på lang sigt. Derudover må der ikke produceres potentielt farlige metalsliberester.

I det første forsøg blev et to-akset system testet, men det var vanskeligt at betjene på grund af fremstillingstolerancer, der var svære at opretholde og endda førte til brud på den ene akse. Desuden var løsningens pladsbehov betydeligt højere på grund af to glidelejer.

Da der ikke fandtes nogen standardløsning til den omfattende kravprofil, blev akse-/lejesystemet specielt udtænkt og designet af ReinHeart og realiseret i samarbejde med igus. Det specialstøbte leje består af materialet iglidur J, som er ideelt til denne anvendelse på grund af dets kemiske modstandsdygtighed, lave fugtabsorption og smørefrihed . Da der ikke er nogen risiko for slid fra metalpartikler, er sikker drift garanteret. Aksen er en drylin AWMP aluminiumsaksel, en ideel partner for iglidur J, som sikrer god drift og minimal slitage i hele levetiden .

Lejet er pladsbesparende, let og har udsparinger, der gør det muligt at integrere positionssensorer til præcis overvågning af aksens bevægelse. Lejet og aksen har en antirotationsfunktion, er geometrisk tilpasset hinanden og har tætte tolerancer med hensyn til form og position. En kernefunktion i akse/lejesystemet er en planlagt "burn-in" fase: Når aksen først er samlet, er den bevidst fastspændt i lejet og kan kun bevæges ved at anvende en bestemt kraft. I den første driftsfase harmonerer lejets kontur med aksen for at sikre optimal styring.

Kombinationen af akse, leje og sensorsystem opfylder kravene til minimale luftspalter, præcis styring og robusthed under skiftende tvær- og vridningsbelastninger. Det resulterer i en præcis styring, som er vedligeholdelsesfri i en levetid på fem år.

Efter flere års udvikling er akse-/lejesystemet nu i sin anden generation. For ReinHeart TAH GmbH er resultatet meget tilfredsstillende og skal nu bevise sit værd i udholdenhedstests. Sammen med igus blev der udviklet testkoncepter til glidelejerne, hvor igus også går nye veje.